Научная
деятельность
Университет ИТМО

Робот FEDOR – садится на шпагат, водит автомобиль и летит в космос

Робот «Федор» – первый российский антропоморфный (человекоподобный) робот. 22 августа он отправится на МКС на корабле «Союз МС-14», где под руководством космонавта выполнит ряд задач. В перспективе FEDOR станет первым испытателем нового российского пилотируемого корабля «Федерация», первый запуск которого планируется на 2022 год. Не исключается также, что на нем робот облетит Луну. Рассказываем, что из себя представляет «Федор», почему для работы на МКС роботу нужно быть антропоморфным и что думают о разработке сотрудники Университета ИТМО.

«Федор» (FEDOR – Final Experimental Demonstration Object Research) – первый российский человекообразный робот. Его рост 180 см, вес около 160 кг, а мощность – 20 лошадиных сил. Робота создал Фонд перспективных исследований совместно с НПО «Андроидная техника» по заказу МЧС как робота-спасателя. Разработка основывается на базе предыдущих моделей робототехнических устройств, созданных НПО «Андроидная техника» по заказу Роскосмоса (модели SAR-400 и SAR-401).

Работа начали делать в 2014 году, и его разработка продолжается до сих пор. Впервые упоминания о «Федоре» появились в 2016 году, тогда же был представлен первый прототип. Главная сфера применения «Федора» – спасение жизней. Он сможет работать на местах с химическим и радиационным заражением, заниматься сортировкой радиоактивных отходов. За счет развитой моторики «рук» робот может помогать в производстве и медицине.

«Насколько концепция антропоморфного робота внутри космической станции оправдана, непонятно. В целом, когда есть прямой контакт с человеком, такой формат можно считать оправданным, потому что с точки зрения взаимодействия проще считываются намерения и действия робота, если он похож на человека анатомически. Если  же отбросить аспект взаимодействия с человеком, если робот находится за пределами станции, то ему необязательно быть антропоморфным. Однако при этом можно использовать конструкции, аналогичные человеческому строению», считает руководитель международной лаборатории «Биомехатроника и энергоэффективная робототехника» Университета ИТМО Сергей Колюбин. 

Робот «Федор». Источник: vistanews.ru
Робот «Федор». Источник: vistanews.ru

У робота есть несколько особенностей. Например, он стал первым роботом в мире, научившимся садиться на шпагат, также он научился стрелять из пистолета с двух рук (за это производитель лишился доступа к ряду зарубежных деталей, несмотря на то, что робот – не военная разработка). Федор умеет идентифицировать типовые объекты и инструменты и различает препятствия. Все это он сводит в трехмерную схему окружающей обстановки. Он также умеет открывать дверь, использовать дрель, водить автомобиль и квадроцикл в автономном режиме. Кроме того, робот способен работать в дублирующем режиме – оператор надевает экзоскелет, повторяющий структурные особенности «Федора», а робот копирует движения оператора.

Первые прототипы робота управлялись оператором. Сейчас «Федор» умеет двигаться автономно (это самообучающаяся система). С помощью разных датчиков (камер, тепловизора, микрофона, GPS, ГЛОНАСС, дальномерных лазеров и специальной системы для определения положения своего тела) робот  получает информацию об окружающей среде. В будущем разработчики планируют наделить робота способностью самостоятельно определять задачу. Так, если робот увидит, что человек пострадал и ему нужна помощь, он самостоятельно поймет, что нужно сделать (например, перенести в безопасное место).

«Роботу нужно быть антропоморфным затем, что все на планете сделано под людей. Все, что касается цивилизации, условий, в которых мы живем и сервисов, которыми пользуемся сегодня. Для того, чтобы робот мог функционировать в тех же условиях, где функционирует человек, роботу лучше иметь форму и возможности человека. Можно под каждый конкретный космический корабль делать робота неантропоморфного, и, возможно, он сможет быть более функциональным, но он не будет универсальным. В данном случае антропоморфность – универсальный инструмент. Такой робот сможет работать и на отечественном, и на зарубежном оборудовании», — объяснил руководитель Лаборатории молодежной робототехники Университета ИТМО Игорь Лосицкий.

Игорь Лосицкий
Игорь Лосицкий

Робот состоит из 15 тысяч деталей и работает на операционной системе реального времени, разработанной в Санкт-Петербурге на базе Linux. Заряжается робот через розетку (работать в автономном режиме может час). Известно, что для одного из прототипов робота 50 % деталей изготавливались в России, остальные по спецзаказу в других странах, среди которых Швейцария, США, Япония, Германия и другие. Однако точной информации о процентном соотношении отечественных и иностранных компонентов для всех прототипов робота нет.

«С точки зрения компонентной базы в конечном счете важно не место производства деталей, а то, как они используются. Айфон мы считаем американским продуктом, при том что 99 % “железа” производится в Китае. Однако мы понимаем, что айфон — это больше программное обеспечение, а не материальное воплощение. Так же с роботами. Неважно, какие датчики и провода на каком конкретно заводе были изготовлены. Главное — это принципы работы, которые заложены в систему», объяснил Сергей Колюбин.

Антропоморфный робот «Федор» отправится на МКС на корабле «Союз МС-14» 22 августа 2019 года. Перед полетом он получил новое имя – Skybot F-850. По словам СМИ, робот должен соответствовать обычным российским требованиям, чтобы полететь на МКС, у NASA не было к нему никаких дополнительных требований. Под руководством космонавта Александра Скворцова на российском сегменте МКС робот выполнит несколько задач, однако информация о том, какие это будут задачи, строго засекречена (о них станет известно после завершения миссии). Планируется, что робот вернется на Землю 7 сентября.

Сергей Колюбин
Сергей Колюбин

«В 2011 году я был участником проекта Robonaut, который реализовывали NASA и компания General Motors. Идея проекта была такая же – сделать робота, который сможет находиться внутри МКС и помогать космонавту в выполнении миссий, при этом он мог управляться удаленно или автономно. Недавно этого робота забрали с МКС, и большую часть времени он там находился или в запакованном варианте, или в сломанном состоянии. Ключевая проблема в том, что прямое физическое взаимодействие с людьми требует использования определенных методов управления движением робота. Оказывается, что при этом точность позиционирования робота не очень высокая. У человека такая же проблема: мы не очень точны с точки зрения позиционирования. Однако если речь идет о роботе, который находится в состоянии невесомости, то машина может совершать неконтролируемые движения. В своем проекте мы использовали руки-ноги, которыми робот мог цепляться за что-либо в пространстве, и руки, которыми он работал, – в роботе “Федор” сегодня используется такой же метод.  В целом, подход не новый, и хочется верить, что организаторы учли ошибки проекта Robonaut, который был в итоге закрыт», — прокомментировал Сергей Колюбин.

В будущем «Федор» может стать первым испытателем нового российского пилотируемого корабля «Федерация», первый запуск которого запланирован на 2022 год, он будет совершаться ракетой-носителем «Союз-5» («Иртыш») с космодрома «Байконур». Также не исключено, что впоследствии робот сможет отправиться на «Федерации» в облет Луны. К апрелю 2019 года было известно, что разработчики потратили около 300 млн рублей на реализацию проекта, однако работа над проектом все еще продолжается.

Управление робота оператором. Источник: edurobots.ru
Управление робота оператором. Источник: edurobots.ru

«У робототехники в космосе большие перспективы. Есть проекты, в которых роботы работают за пределами космической станции, они действительно выполняют полезную нагрузку. У робототехники понятная история с так называемым 4D приложением (замена роботами дорогостоящего ручного труда в грязных, скучных, отдаленных или опасных средах (4D – dirty, dull, distant or dangerous environments). Космос как раз является и удаленной средой, и опасной, поэтому для роботов работы здесь много. Я вижу больше перспектив для роботов за пределами МКС – там, где человеку сложнее находиться. Каждый выход в открытый космос это существенный нагрузки», — заключил Сергей Колюбин.